KR100976081B1 - 백업 링의 제조방법, 및 백업 링, 및 연료 분사 밸브의 밀봉 구조 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 연료 분사 밸브의 압력 도입실에 구비한 밀봉 부재를 보강하는 백업 링으로서, 더욱 고강도를 갖는 백업 링을 효과적으로 제조할 수 있는 백업 링의 제조방법, 및 그와 같은 백업 링, 및 상기 백업 링을 구비한 연료 분사 밸브의 밀봉 구조를 제공한다.
강성을 갖는 평판형의 기재에 대하여 버링 가공법을 실시하여 제조되는 백업 링의 제조방법으로서, 기재에 대하여 예비 구멍을 형성하는 공정과, 예비 구멍에 대하여, 예비 구멍의 직경보다도 큰 직경을 갖고 선단부를 향하여 테이퍼형으로 된 제 1 펀치 부재를 사용하여, 예비 구멍의 가장자리부를 가압함으로써, 상기 가장자리부를 굴곡 처리하는 공정과, 가장자리부가 굴곡 처리된 예비 구멍에 대하여, 제 1 펀치 부재의 직경보다도 작은 직경을 갖고 선단부를 향하여 테이퍼형으로 된 제 2 펀치 부재를 압입함으로써, 플랜지부를 형성하는 공정을 포함한다.
링형 부재, 백업 링, 연료 분사 밸브, 밀봉 구조
Description
본 발명은 백업 링의 제조방법, 및 백업 링(backup ring), 및 연료 분사 밸브의 밀봉 구조에 관한 것이다. 특히, 축압기[코먼 레일(common rail)] 등으로부터 공급되는 고압연료를 소정의 타이밍으로 분사하는 연료 분사 밸브에 사용되는 백업 링에 적합한 백업 링의 제조방법, 및 상기 백업 링의 제조방법에 의해서 제조된 백업 링, 및 이러한 백업 링을 사용한 연료 분사 밸브의 밀봉 구조에 관한 것이다.
종래, 내연기관의 연료 분사 시스템에 있어서, 내연기관의 기통 내에 연료를 공급하기 위한 연료 분사 밸브는 주로, 인젝터 하우징과 노즐 몸체와 노즐 니들과 밸브 피스톤과 밸브 몸체와 배압 제어부와 커넥팅 로드(connecting rod)를 포함하는 구성으로 되어 있다. 그리고, 연료 분사 시스템에 축압기[코먼 레일]를 구비하는 경우에는 연료탱크로부터 연료펌프에 의해 고압으로 압송된 고압 연료가, 코먼 레일(축압기)에 축적되고, 커넥팅 로드로부터 연료 분사 밸브에 공급되어, 노즐 몸체의 선단부에 형성된 연료의 분사 구멍이 개방되었을 때에 분사 가능해진다.
이러한 연료 분사 밸브에서의 밸브 몸체 및 배압 제어부의 주요부 확대 단면도를 도 9에 도시한다. 이 도 9에 도시하는 바와 같이, 밸브 몸체(306)의 상방 중앙부에는 제어압실(319)이 형성되고, 밸브 피스톤(305)의 선단부를 하방측으로부터 이 제어압실(319)을 향하게 하고 있다. 제어압실(319)은 밸브 몸체(306)에 형성한 도입측 오리피스(320)에 연통해 있다. 도입측 오리피스(320)는 밸브 몸체(306)와 인젝터 하우징(302)과의 사이에 형성한 압력 도입실(321)을 통해서 연료통로(313)에 연통시켜, 코먼 레일(312)로부터의 도입 압력을 제어압실(319)에 공급하고 있다. 압력 도입실(321)의 하단부에는 수지재, 고무재 또는 구리재 그 밖의 연질재에 의한 밀봉 부재(322)가 형성되고, 압력 도입실(321)의 고압측과 인젝터 하우징(302) 및 밸브 몸체(306)와의 사이의 저압측[틈(328)]이 차단되어 있다.
이러한 연료 분사 밸브에 있어서, 압력 도입실(321)에서의 연료 압력은 분사 구멍(도시하지 않음)으로부터의 연료 분사량 및 분사 시기를 제어하는 제어압실(319)로의 입구부에 존재하게 되기 때문에, 분사압과 동등하고, 밀봉 부재(322)에는 분사 압력과 동등한 고압력이 가해지게 된다. 한편, 밸브 피스톤(305)과 밸브 몸체(306)의 사이는 노즐 니들(도시하지 않음)과 일체 운동을 하는 밸브 피스톤(305)의 축 방향의 슬라이딩을 허용하는 클리어런스(clearance)가 필요하다. 이 밸브 몸체(306)를 인젝터 하우징(302) 내에 압입하는 구조를 채용하면, 밸브 몸체(306)가 약간 안쪽으로 변형되어 밸브 피스톤(305)의 슬라이딩을 저해할 우려가 있기 때문에, 인젝터 하우징(302)과 밸브 몸체(306)의 사이에도 약간의 틈(328)이 형성되어 있다. 따라서, 밀봉 부재(322)는 압력 도입실(321)에서의 고압력에 의 해, 인젝터 하우징(302)과 밸브 몸체(306)의 사이의 틈(328; 저압측)에 그 일부가 압출될 우려가 있다.
또, 부품 정밀도나 편심(偏芯) 등, 또는 조립시의 악조건이 겹치면, 밀봉 부재(322)가 틈(328) 방향으로 압출되고, 그 밀봉 기능을 유지할 수 없게 될 우려도 있다. 이러한 밀봉 기능의 저하에 의해, 배압 제어부(도시하지 않음)에서의 분사 타이밍의 어긋남이나 응답성의 저하는 물론, 연료 분사 밸브(도시하지 않음)의 수명 저하로도 이어질 우려가 있다.
그래서, 연료 분사 밸브의 압력 도입실에서의 밀봉 기능을 향상시켜, 밀봉 부재 및 연료 분사 밸브의 내구성이나 수명의 향상을 도모하고, 밀봉 기능을 안정화하고, 또한 부품 정밀도를 지나치게 필요로 하지 않고 저가로 제조 가능한 연료 분사 밸브의 밀봉 구조가 개시되어 있다. 더욱 구체적으로는 도 6에 도시하는 바와 같이, 인젝터 하우징(2)과 밸브 피스톤(5)을 슬라이딩 가능하게 삽입한 밸브 몸체(6)와의 사이의 고압의 압력 도입실(21)에 밀봉 부재(22)를 형성하고, 압력 도입실(21)과 저압측[틈(28)]과의 사이를 밀봉하는 연료 분사 밸브(1)의 밀봉 구조로서, 밀봉 부재(22)의 저압측에 지지 링(31; 백업 링)을 형성하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브의 밀봉 구조이다(특허문헌 1 참조).
[특허문헌 1] 일본 공개특허공보 2003-28021호(도 1 및 도 2)
발명이 해결하고자 하는 과제
그렇지만, 최근, 코먼 레일 시스템에 의해서 공급되는 연료가 더욱 고압화되어 있고, 연료의 분사 등에 따라 내부 압력이 변동하기 때문에, 특허문헌 1에 기재된 연료 분사 밸브에 구비된 백업 링에서는 백업 링과 밀봉 링과의 사이에 형성되는 연료실이 높은 압력에 의해서, 백업 링이 파손될 우려가 있었다. 이것에 대하여, 백업 링의 강도를 높이기 위해서는 백업 링의 두께를 두껍게 하는 것이 유효하지만, 두께를 확보하면, 백업 링의 플랜지부의 높이를 확보할 수 없기 때문에, 밀봉 링의 압출이 발생하는 것이 우려된다. 즉, 연료 분사 밸브에 사용하는 백업 링은 극히 작은 것으로, 소위 버링(burring) 가공에 의해 제조되지만, 두께가 두꺼우면 굴곡 응력이 커지는 점으로 인해, 버링 가공을 실시할 때에 변형되기 어렵기 때문에, 높이를 확보하기 어려워진다. 한편, 과도하게 가압하여 재료를 바싹 당기면서 높이를 확보한 경우에는 형성되는 플랜지부의 두께가 얇아져 강도가 저하되거나, 극단적인 경우에는 플랜지부가 깨지거나 하는 문제도 있다.
그래서, 본 발명의 발명자 등은 예의 노력하여, 마무리 처리로서의 버링 가공을 하는 전단계에서, 미리 소정 정도 굴곡 처리를 실시함으로써, 기재의 두께가 비교적 두꺼운 경우에도 플랜지부의 두께 및 높이를 함께 확보할 수 있고, 이러한 문제를 해결할 수 있다는 것을 발견하고, 본 발명을 완성시킨 것이다.
즉, 본 발명은 플랜지부의 두께 및 높이를 함께 소정 이상 확보하여, 강도를 향상시킬 수 있는 백업 링 등의 링형 부재의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은 그와 같은 제조방법에 의해 얻어지는 백업 링, 및 상기 백업 링을 사용하여 밀봉성의 향상을 도모한 연료 분사 밸브의 밀봉 구조를 아울러 제공한다.
과제를 해결하기 위한 수단
본 발명에 의하면, 강성을 갖는 평판형의 기재(基材)에 대하여 버링 가공법을 실시하여 제조되는 백업 링으로서, 중앙의 개구부와, 상기 개구부의 주위에 배치된 평판부와, 상기 개구부 및 평판부 사이에 배치되고, 상기 평판부와 연속하는 동시에 상기 평판부에 대하여 수직방향으로 세워진 플랜지부를 갖고, 인젝터 하우징과, 밸브 피스톤을 슬라이딩 가능하게 삽입한 밸브 몸체와의 사이에 형성되는 틈으로부터 압력 도입실 내의 고압 연료가 저압측으로 빠지지 않도록 밀봉하기 위해 상기 압력 도입실에 형성되는 환상의 밀봉 부재를 구비하여 이루어지는 연료 분사 밸브의 밀봉 구조에 사용되고, 상기 틈과 상기 밀봉 부재와의 사이에 배치된 상기 밀봉 부재를 보강하기 위한 백업 링의 제조방법에 있어서, 상기 기재에 대해서 예비 구멍(prepared hole)을 형성하는 공정과; 상기 예비 구멍의 직경보다도 큰 직경을 갖는 동시에 선단부를 향하여 테이퍼형으로 된 제 1 펀치 부재를 사용하여, 상기 제 1 펀치 부재의 상기 테이퍼형의 부분에서 상기 예비 구멍의 가장자리부를 가압함으로써, 상기 가장자리부를 굴곡 처리하는 공정과; 상기 제 1 펀치 부재의 직경보다도 작은 직경을 갖는 동시에 선단부를 향하여 테이퍼형을 이루는 제 2 펀치 부재로서, 상기 테이퍼형으로 된 부분에 있어서의 상기 제 2 펀치 부재의 축선 방향에 대한 경사각 θ2가 상기 제 1 펀치 부재의 상기 테이퍼형으로 된 부분에 있어서의 상기 제 1 펀치 부재의 축선 방향에 대한 경사각 θ1보다도 작은 제 2 펀치 부재를 사용하여, 상기 제 2 펀치 부재의 상기 테이퍼형의 부분에서 상기 굴곡 처리된 예비 구멍의 가장자리부를 가압하면서, 상기 제 2 펀치 부재를 상기 예비 구멍에 압입함으로써, 상기 플랜지부를 형성하는 공정을 순차적으로 행하는 백업 링의 제조방법이 제공되어, 상술한 문제를 해결할 수 있다.
삭제
또한, 본 발명의 백업 링의 제조방법을 실시할 때, 기재의 두께를 t(mm)로 하였을 때에, 얻어지는 백업 링의 플랜지부의 높이를 1.5t 내지 2.5t(mm)의 범위 내, 플랜지부의 두께를 0.7t 내지 0.9t(mm)의 범위 내의 값으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 다른 형태는 인젝터 하우징과, 밸브 피스톤을 슬라이딩 가능하게 삽입한 밸브 몸체와의 사이에 형성되는 틈으로부터 압력 도입실 내의 고압 연료가 저압측으로 빠지지 않도록 밀봉하기 위해 상기 압력 도입실에 형성되는 환상의 밀봉 부재를 구비하여 이루어지는 연료 통로의 밀봉 구조에 사용되고, 상기 틈과 상기 밀봉 부재와의 사이에 배치된 상기 밀봉 부재를 보강하기 위한 백업 링으로서, 중앙의 개구부와, 상기 개구부의 주위에 배치된 평판부와, 상기 개구부 및 평판부 사이에 배치되고, 상기 평판부와 연속하는 동시에 상기 평판부에 대하여 수직방향으로 세워진 플랜지부를 갖고, 강성을 갖는 기재에 대하여 예비 구멍을 형성한 후, 상기 예비 구멍의 직경보다도 큰 직경을 갖는 동시에 선단부를 향하여 테이퍼형으로 된 제 1 펀치 부재를 사용하여, 상기 제 1 펀치 부재의 상기 테이퍼형의 부분에서 상기 예비 구멍의 가장자리부를 가압함으로써, 상기 가장자리부를 굴곡 처리하고, 또, 상기 제 1 펀치 부재의 직경보다도 작은 직경을 갖는 동시에 선단부를 향하여 테이퍼형을 이루는 제 2 펀치 부재로서, 상기 테이퍼형으로 된 부분에서의 상기 제 2 펀치 부재의 축선 방향에 대한 경사각 θ2가 상기 제 1 펀치 부재의 상기 테이퍼형으로 된 부분에서의 상기 제 1 펀치 부재의 축선 방향에 대한 경사각 θ1보다도 작은 제 2 펀치 부재를 사용하여, 상기 제 2 펀치 부재의 상기 테이퍼형의 부분에서 상기 굴곡 처리된 예비 구멍의 가장자리부를 가압하면서, 상기 제 2 펀치 부재를 상기 예비 구멍에 압입함으로써, 상기 플랜지부를 형성한 것을 특징으로 하는 백업 링이다.
또한, 본 발명의 백업 링을 구성할 때, 기재의 두께를 t(mm)로 하였을 때에, 플랜지부의 높이를 1.5t 내지 2.5t(mm)의 범위 내, 플랜지부의 두께를 0.7t 내지 0.9t(mm)의 범위 내의 값으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 백업 링을 구성할 때, 기재의 두께를 0.2 내지 0.4mm의 범위 내의 값으로 하고, 플랜지부의 높이를 0.4 내지 0.6mm의 범위 내, 플랜지부의 두께를 0.15 내지 0.35mm의 범위 내의 값으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 더욱 다른 형태는 인젝터 하우징과, 밸브 피스톤을 슬라이딩 가능하게 삽입한 밸브 몸체와의 사이에 형성되는 틈으로부터 압력 도입실 내의 고압 연료가 저압측으로 빠지지 않도록 밀봉하기 위해 상기 압력 도입실에 형성되는 환상의 밀봉 부재를 구비하여 이루어지는 연료 분사 밸브의 밀봉 구조에 있어서, 상기 틈과 상기 밀봉 부재와의 사이에 상기 밀봉 부재를 보강하기 위한 백업 링이 있고, 중앙의 개구부와, 상기 개구부의 주위에 배치된 평판부와, 상기 개구부 및 평판부 사이에 배치되고, 상기 평판부와 연속하는 동시에 상기 평판부에 대하여 수직방향으로 세워진 플랜지부를 갖고, 강성을 갖는 기재에 대하여 예비 구멍을 형성한 후, 상기 예비 구멍의 직경보다도 큰 직경을 갖는 동시에 선단부를 향하여 테이퍼형으로 된 제 1 펀치 부재를 사용하여, 상기 제 1 펀치 부재의 상기 테이퍼형의 부분에서 상기 예비 구멍의 가장자리부를 가압함으로써, 상기 가장자리부를 굴곡 처리하고, 또, 상기 제 1 펀치 부재의 직경보다도 작은 직경을 갖는 동시에 선단부를 향하여 테이퍼형을 이루는 제 2 펀치 부재로서, 상기 테이퍼형으로 된 부분에서의 상기 제 2 펀치 부재의 축선 방향에 대한 경사각 θ2가 상기 제 1 펀치 부재의 상기 테이퍼형으로 된 부분에서의 상기 제 1 펀치 부재의 축선 방향에 대한 경사각 θ1보다도 작은 제 2 펀치 부재를 사용하여, 상기 제 2 펀치 부재의 상기 테이퍼형의 부분에서 상기 굴곡 처리된 예비 구멍의 가장자리부를 가압하면서, 상기 제 2 펀치 부재를 상기 예비 구멍에 압입함으로써, 상기 플랜지부를 형성한 백업 링을 구비하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브의 밀봉 구조이다.
또한, 본 발명의 연료 분사 밸브의 밀봉 구조를 구성할 때, 기재의 두께를 t(mm)로 하였을 때에, 플랜지부의 높이를 1.5t 내지 2.5t(mm)의 범위 내, 플랜지부의 두께를 0.7t 내지 0.9t(mm)의 범위 내의 값으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 연료 분사 밸브의 밀봉 구조를 구성할 때, 기재의 두께를 0.2 내지 0.4mm의 범위 내의 값으로 하고, 플랜지부의 높이를 0.4 내지 0.6mm의 범위 내, 플랜지부의 두께를 0.15 내지 0.35mm의 범위 내의 값으로 하는 것이 바람직하다.
또, 본 명세서 중, 「플랜지부의 높이」란 도 4b에 도시하는 바와 같이, 플랜지부(32)를 상방으로 하여 백업 링(31)은 둔 상태에서의 평판부(33)의 저면으로부터, 곡면부(34)와 연속하는 플랜지부(32)의 내주면의 최상부(32A)까지의 수직거리(H)를 의미한다.
발명의 효과
본 발명의 백업 링의 제조방법에 의하면, 예비 구멍의 가장자리부를 미리 소정 정도 굴곡 처리를 한 후, 마무리 처리로서의 버링 가공을 함으로써, 비교적 두꺼운 기재를 사용하여 백업 링을 제조하는 경우에도, 형성되는 플랜지부의 두께 및 높이를 함께 확보할 수 있게 되었다. 따라서, 내압성이나 내충격성이 우수한 백업 링을 효율적으로 제조할 수 있다. 또, 소정 형상의 백업 링을, 단조(forging)로 제조하는 경우와 비교하여도, 더욱 경제적이고 또한 효율적으로 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 백업 링 및 상기 백업 링을 사용한 연료 분사 밸브의 밀봉 구조에 의하면, 평판부의 두께가 비교적 두껍고, 플랜지부의 두께 및 높이가 모두 확보되어, 강도의 향상이 도모되어 있기 때문에, 연료의 압력이 비교적 높은 경우에도, 밀봉 부재의 압출이나, 이에 따른 내연기관의 정지를 유효하게 방지할 수 있게 되었다.
도 1a 내지 도 1c는 제 1 실시형태에 관한 백업 링의 제조방법을 설명하기 위해서 제공하는 도면.
도 2a 내지 도 2c는 제 1 실시형태에 관한 백업 링의 제조방법을 설명하기 위해서 제공하는 도면.
도 3a 내지 도 3c는 제 2 실시형태에 관한 백업 링의 사시도 및 평면도.
도 4a 및 도 4b는 백업 링의 단면도 및 부분 확대 단면도.
도 5는 연료 분사 밸브의 단면도.
도 6은 연료 분사 밸브에서의 밸브 몸체 및 배압 제어부의 주요부 확대 단면도.
도 7은 연료 분사 밸브의 밀봉 구조의 부분 확대 단면도.
도 8a 내지 도 8c는 연료 분사 밸브의 밀봉 구조의 조립이 정상으로 행하여진 상태를 도시하는 확대 단면도.
도 9는 종래의 연료 분사 밸브에서의 밸브 몸체 및 배압 제어부의 주요부 확대 단면도.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 백업 링의 제조방법, 및 백업 링, 및 연료 분사 밸브의 밀봉 구조에 관한 실시형태에 관해서 구체적으로 설명한다. 단, 이러한 실시형태는 본 발명의 1형태를 개시하는 것으로, 본 발명을 한정하는 것은 아니고, 본 발명의 범위 내에서 임의로 변경하는 것이 가능하다.
[제 1 실시형태]
본 발명의 제 1 실시형태는 강성을 갖는 평판형의 기재에 대하여 버링 가공법을 실시하여 제조되는 백업 링으로서, 중앙의 개구부와, 개구부의 주위에 배치된 평판부와, 개구부 및 평판부 사이에 배치되고, 평판부와 연속하는 동시에 평판부에 대하여 수직방향으로 세워진 플랜지부를 갖고, 인젝터 하우징과, 밸브 피스톤을 슬라이딩 가능하게 삽입한 밸브 몸체와의 사이에 형성되는 틈으로부터 압력 도입실 내의 고압 연료가 저압측으로 빠지지 않도록 밀봉하기 위해 압력 도입실에 형성되는 환상의 밀봉 부재를 구비하여 이루어지는 연료 분사 밸브의 밀봉 구조에 사용되고, 틈과 밀봉 부재와의 사이에 배치된 밀봉 부재를 보강하기 위한 백업 링의 제조방법이다.
이러한 백업 링의 제조방법은 기재에 대해서 예비 구멍을 형성하는 공정과; 예비 구멍의 직경보다도 큰 직경을 갖는 동시에 선단부를 향하여 테이퍼형으로 된 제 1 펀치 부재를 사용하여, 제 1 펀치 부재의 테이퍼형의 부분에서 예비 구멍의 가장자리부를 가압함으로써, 가장자리부를 굴곡 처리하는 공정과; 제 1 펀치 부재의 직경보다도 작은 직경을 갖는 동시에 선단부를 향하여 테이퍼형을 이루는 제 2 펀치 부재로서, 테이퍼형으로 된 부분에 있어서의 제 2 펀치 부재의 축선 방향에 대한 경사각 θ2가 제 1 펀치 부재의 테이퍼형으로 된 부분에 있어서의 제 1 펀치 부재의 축선 방향에 대한 경사각 θ1보다도 작은 제 2 펀치 부재를 사용하여, 제 2 펀치 부재의 테이퍼형의 부분에서 굴곡 처리된 예비 구멍의 가장자리부를 가압하면서, 제 2 펀치 부재를 예비 구멍에 압입함으로써, 플랜지부를 형성하는 공정을 순차적으로 행하는 것을 특징으로 한다.
이하, 링형 부재의 제조방법으로서, 연료 분사 밸브의 밀봉 구조에 사용되는 백업 링의 제조방법을 예로 들어 상세하게 설명한다.
1. 준비 공정
우선, 도 1a에 도시하는 바와 같이, 백업 링이 되는 링형 부재의 기재(51)를 준비한다. 이 기재(51)는 철 등의 강성을 갖는 재료로 이루어지고, 소정 두께를 갖는 평판형의 기재이고, 본 실시형태와 같이, 백업 링의 제조용에 사용되는 기재이면, 예를 들면, 0.2 내지 0.4mm의 범위 내의 두께로 할 수 있다.
또한, 기재는 복수의 백업 링을 연속적으로 가공, 제조할 수 있도록, 소정 길이를 갖는 판상의 기재인 것이 바람직하다. 이와 같이 실시함으로써, 기재를 순차 엇갈리게 하면서, 후술하는 홈 가공, 예비 구멍 천공, 굴곡 처리, 버링 가공을 각각 행함으로써, 기판의 다른 영역에 대하여 동시에 복수의 공정을 실시할 수 있기 때문에, 복수의 백업 링을 효율적으로 제조할 수 있다.
2. 홈 가공 공정
이어서, 도 1b에 도시하는 바와 같이, 기재(51)에 대하여 홈 가공을 행한다. 이 홈 가공 공정에서 형성되는 홈(42)은 제조되는 백업 링에서의, 플랜지부가 세워진 면과는 반대측의 면에 형성되는 직경 방향 홈(42)이 된다. 이 직경 방향 홈(42)은 도 6에 도시하는 바와 같이, 백업 링(31)이 연료 분사 밸브에 사용될 때에, 백업 링(31)이 압력 도입실(21) 내에 세트된 상태에서의 저압측의 틈(28)을 향하도록 배치된다. 그리고, 밀봉 부재(22)를 넘어 저압측으로 누출되고, 또 후술하는 두께 방향 노치부를 통해서 이 직경 방향 홈(42)에 흘러 들어 온 연료를, 빠르게 틈(28)에 흘려 넣는 기능을 갖게 된다.
여기에서, 기재(51)에 대하여 홈 가공을 행하는 방법은 특별히 제한되는 것이 아니라, 예를 들면, 도 1b에 도시하는 바와 같이, 기재(50)에 대하여 홈형상과 일치하도록 가공된 선단부를 갖는 펀치 부재(53; 홈용 펀치 부재라고 부르는 경우가 있음)에 의해서 가압함으로써 형성할 수 있다.
또한, 형성하는 홈(42)은 최종 공정에서 링형으로 다이-컷팅(die-cutting)될 때의 원주부에 있어서, 원주 방향에 따른 형상으로, 복수 개소, 예를 들면 3 내지 4개소에 형성할 수 있다. 또한, 홈을 형성함으로써 기재의 강도가 현저히 저하되지 않도록, 연료가 틈 방향으로 흐를 수 있을 만큼 최소한의 깊이 H1, 예를 들면 O.5mm 이하가 되도록 가공한다.
3. 예비 구멍 형성 공정
이어서, 도 1c에 도시하는 바와 같이, 홈 가공된 기재(51)에 대하여 예비 구멍(55)을 형성한다. 이 예비 구멍 형성 공정에서 형성되는 예비 구멍(55)은 제조되는 백업 링의 개구부의 본래 상태가 되는 구멍이다. 또한, 예비 구멍(55)은 앞 공정에서 복수의 홈(42)이 형성된 영역의 중심부분에 형성된다.
이러한 예비 구멍을 형성하는 방법은 특별히 제한되는 것이 아니라, 예를 들면, 도 1c에 도시하는 바와 같이, 소정의 직경으로 가공된 펀치 부재(57; 예비 구멍용 펀치 부재라고 부르는 경우가 있음)에 의해서 가압하여, 기재(51)의 일부를 다이-컷팅함으로써 형성할 수 있다.
여기에서, 형성하는 예비 구멍(55)의 직경(예비 구멍용 펀치 부재의 직경)은 제조하는 백업 링의 개구부의 크기 및 플랜지부가 높이를 고려하여 정할 수 있다. 즉, 백업 링의 개구부의 직경과 비교하여 작은 것이 필수인 한편, 현저하게 작은 경우에는 버링 가공을 실시하였을 때에 예비 구멍의 가장자리부가 과도하게 연장되게 되어, 깨어짐이 생기는 경우가 있다. 따라서, 형성하는 예비 구멍의 직경을, 제조하는 백업 링의 개구부의 직경(r)에 대하여 0.90r 이상으로 하는 것이 바람직하다.
4. 굴곡 처리 공정
이어서, 도 2a에 도시하는 바와 같이, 형성된 예비 구멍(55)에 대하여, 예비 구멍(55)의 직경보다도 큰 직경을 갖고 선단부를 향하여 테이퍼형으로 된 제 1 펀치 부재(59; 굴곡 처리용 펀치 부재라고 부르는 경우가 있음)를 사용하여, 예비 구 멍(55)의 가장자리부(61)를 가압함으로써, 상기 가장자리부(61)를 굴곡 처리한다. 이와 같이, 마무리 처리로서의 버링 가공을 실시하는 전단계에서, 예비 구멍(55)의 가장자리부(61)를 미리 소정 정도 굴곡 처리하여 둠으로써, 기재의 두께가 비교적 두꺼운 경우에도 버링 가공시에 변형되기 쉽게 할 수 있다.
더욱 구체적으로는 종래, 기재의 두께가 비교적 두꺼운 경우에 있어서, 예비 구멍에 대하여 직접 버링 가공을 실시하는 경우에는 기재의 응력이 크기 때문에 변형되기 어려운 것이다. 이 때문에, 플랜지부의 높이를 어느 정도 확보하기 위해서는 기재를 바싹 당기면서(얇게 늘리면서) 가공할 필요가 있다. 즉, 버링 가공에서 사용되는 펀치 부재는 형성하는 개구부의 직경과 일치하는 직경의 펀치 부재로, 한번에 플랜지부를 형성하고자 하는 것이기 때문에, 플랜지부의 높이를 확보하기 위해서는 예비 구멍의 가장자리부를 서서히 얇게 늘리면서 펀치 부재를 통과시킬 필요가 있다. 이와 같이 하면, 형성되는 플랜지부의 두께가 얇아져 버리기 때문에, 백업 링의 강도를 확보하기 어려워진다. 또, 극단적인 경우에는 플랜지부의 상부 부근에서 깨어짐이 발생하게 된다.
그래서, 본 발명의 백업 링의 제조방법에서는 버링 가공 공정 전에 소정의 굴곡 처리 공정을 실시함으로써, 기재를 변형시키기 쉬워지고, 후 공정의 버링 가공에 의해서 형성되는 플랜지부의 높이 및 두께를 확보할 수 있도록 하고 있다.
여기에서, 굴곡 처리 공정에서는 도 2a에 도시하는 바와 같이, 예비 구멍(55)의 직경보다도 큰 직경을 갖고 선단부를 향하여 테이퍼형으로 된 제 1 펀치 부재(59; 굴곡 처리용 펀치 부재)의 테이퍼부분을 이용하여, 예비 구멍(55)의 가장 자리부(61)를 가압한다. 이와 같이 실시함으로써, 예비 구멍(55)에 대하여 제 1 펀치 부재(59)가 들어가기 어렵게 되고, 예비 구멍(55)의 가장자리부(61)가 바싹 당겨지지 않게 된다. 한편, 제 1 펀치 부재(59)의 선단부분의 테이퍼각에 의해서, 굴곡 처리되는 예비 구멍(55)의 가장자리부(61)의 각도를 규정할 수도 있다.
또한, 제 1 펀치 부재의 선단부분의 테이퍼형상에 관하여, 제 1 펀치 부재의 축선 방향(X방향)에 대한 각도가 비교적 큰 테이퍼형인 것이 바람직하다. 이 이유는 플랜지부가 되는 부분을 가능한 한 변형시키지 않고(얇게 늘리지 않고) 구부릴 수 있기 때문이다. 즉, 펀치 부재의 축선 방향에 대한 각도가 작으면, 펀치 부재가 예비 구멍에 압입되기 쉬워지고, 그 결과 예비 구멍의 가장자리부를 바싹 당겨 버리게 되기 때문에, 상기 각도를 비교적 크게 하는 것이다.
따라서, 제 1 펀치 부재(59)의 선단부분의 테이퍼부에서의, 제 1 펀치 부재(59)의 축선 방향(X방향)에 대한 각도(θ1)를 25 내지 65도의 범위 내의 값으로 하는 것이 바람직하고, 30 내지 50도의 범위 내의 값으로 하는 것이 더욱 바람직하다.
또, 본 실시형태의 백업 링의 제조방법에 있어서, 예비 구멍(55)의 가장자리부(61)에서의 굴곡 처리되는 개소는 굴곡 처리되는 부분에, 앞 공정의 홈 가공 공정에서 형성된 홈(42)이 상당하도록 행하여진다. 이것에 의해서, 연료 분사 밸브에 구비될 때에, 고압측으로부터 누출되는 연료를, 빠르게 저압측에 흘려 넣을 수 있다.
5. 버링 가공 공정
이어서, 도 2b에 도시하는 바와 같이, 가장자리부(61)가 굴곡 처리된 예비 구멍(55)에 대하여, 제 1 펀치 부재(59; 굴곡 처리용 펀치 부재)의 직경보다도 작은 직경을 갖고 선단부를 향하여 테이퍼형으로 된 제 2 펀치 부재(63; 버링 가공용 펀치 부재라고 부르는 경우가 있음)를 압입함으로써 플랜지(32)를 형성한다. 이 때, 본 발명의 백업 링의 제조방법에 의하면, 예비 구멍(55)의 가장자리부(61)가 미리 굴곡 처리되어 있기 때문에, 상기 가장자리부(61)를 변형시키기 쉽게 되어 있고, 버링 가공을 용이하게 할 수 있다. 따라서, 이미 굴곡 처리된 예비 구멍(55)의 가장자리부(61)를 바싹 당기지 않고(얇게 늘리지 않고) 플랜지부(32)를 형성할 수 있기 때문에, 기재의 두께가 비교적 두꺼운 경우에도, 플랜지부(32)의 높이를 확보하면서, 플랜지부(32)의 두께도 유지할 수 있다.
여기에서, 제 2 펀치 부재(63; 버링 가공용 펀치 부재)의 직경은 형성하는 백업 링의 개구부의 직경과 같게 되어 있다. 즉, 제 2 펀치 부재(63)를 압입하여 삽입시킴으로써, 플랜지부(32)가 형성되고, 원하는 크기의 개구부(39)가 형성된다.
또한, 도 2b에 도시하는 제 2 펀치 부재(63; 버링 공정용 펀치 부재)의 테이퍼형으로 된 부분에서의 제 2 펀치 부재의 축선 방향(X방향)에 대한 경사각 θ2을, 도 2a에 도시하는 제 1 펀치 부재(59; 굴곡 처리용 펀치 부재)의 테이퍼형으로 된 부분에서의 제 1 펀치 부재(59)의 축선 방향(X방향)에 대한 경사각 θ1보다도 작게 하는 것이 바람직하다. 이 이유는 미리 굴곡 처리된 예비 구멍(55)의 가장자리부(61)를 가압하면서, 제 2 펀치 부재(63)를 압입하기 쉽게 할 수 있기 때문이다.
따라서, 제 2 펀치 부재(63)의 선단부분의 테이퍼부에서의, 제 2 펀치 부 재(63)의 축선 방향(X방향)에 대한 각도를 5 내지 20도의 범위 내의 값으로 하는 것이 바람직하고, 10 내지 15도의 범위 내의 값으로 하는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 버링 가공 공정에서 형성되는 플랜지부(32)는 예를 들면, 도 4b에 도시하는 바와 같이, 기재의 두께(T1)를 t(mm)로 하였을 때에, 플랜지부의 높이(H)를 1.5t 내지 2.5t(mm)의 범위 내, 플랜지부의 두께(T2)를 O.7t 내지 0.9t(mm)의 범위 내의 값으로 하는 것이 적합하다. 반대로 말하면, 기재의 두께가 비교적 얇은 경우나, 플랜지부의 높이가 비교적 낮은 경우, 또, 플랜지부의 두께가 비교적 얇은 경우에는 기재에 대하여 직접 버링 가공을 실시함으로써도, 소정 형상의 링형 부재를 제조할 수 있지만, 기재의 두께가 비교적 두꺼운 경우나, 기재의 두께와 플랜지부의 높이 또는 두께와의 관계가 상술한 바와 같은 관계로 이루어지는 경우에는 기재를 변형시키기 어렵기 때문에, 버링 가공을 하기 전에, 미리 굴곡 처리하여 둠으로써, 효율적으로 소정의 플랜지부를 형성할 수 있다.
6. 다이-컷팅 공정
이어서, 도 2c에 도시하는 바와 같이, 소정 이상의 두께 및 높이가 모두 확보된 플랜지부(32)를 형성한 기재(51)에 대하여, 백업 링(31)의 외형에 일치시킨 형상의 펀치 부재(65; 다이-컷팅용 펀치 부재라고 부르는 경우가 있음)를 사용하여, 다이-컷팅을 한다. 예를 들면, 이 백업 링(31)의 외형(다이-컷팅용 펀치 부재의 펀치 형상)은 배치되는 연료 분사 밸브의 인젝터 하우징의 내주의 크기와 실질적으로 같은 크기로 되어 있다.
이것에 의해서, 도 3a 내지 3c에 도시하는 바와 같이, 중앙의 개구부(39)와, 상기 개구부(39)의 주위에 배치된 평판부(33)와, 상기 개구부(39) 및 평판부(33) 사이에 배치되고, 상기 평판부(33)와 연속하는 동시에 상기 평판부(33)에 대하여 수직방향으로 세워진 플랜지부(32)를 갖는 백업 링(31)를 제조할 수 있다.
또한, 본 실시형태의 백업 링의 제조방법에 있어서는, 다이-컷팅을 할 때, 도 3c에 도시하는 바와 같이, 외형이 복수의 오목부(43)를 포함하도록 다이-컷팅하는 것이 바람직하다. 이것에 의해서 형성되는 오목부(43)가 상술한 두께 방향 노치부(43)가 되고, 직경 방향 홈(42)과 아울러, 연료 분사 밸브에 구비되었을 때에, 고압측으로부터 누출된 연료를 빠르게 저압측에 흘려 넣을 수 있다.
이상과 같이 제조된 백업 링은 평판부의 두께를 두껍게 한 경우에도, 플랜지부의 높이를 확보할 수 있고, 플랜지부의 두께를 두꺼운 상태인 채로 유지할 수 있기 때문에, 고압연료의 압력에도 견딜 수 있고, 강도가 우수한 백업 링으로 할 수 있다.
[제 2 실시형태]
본 발명의 제 2 실시형태는 인젝터 하우징과, 밸브 피스톤을 슬라이딩 가능하게 삽입한 밸브 몸체와의 사이에 형성되는 틈으로부터 압력 도입실 내의 고압 연료가 저압측으로 빠지지 않도록 밀봉하기 위해 상기 압력 도입실에 형성되는 환상의 밀봉 부재를 구비하여 이루어지는 연료 분사 밸브의 밀봉 구조이다.
이러한 연료 분사 밸브의 밀봉 구조는 틈과 밀봉 부재와의 사이에 상기 밀봉 부재를 보강하기 위한 백업 링이 있고, 중앙의 개구부와, 상기 개구부의 주위에 배치된 평판부와, 상기 개구부 및 평판부 사이에 배치되고, 상기 평판부와 연속하는 동시에 상기 평판부에 대하여 수직방향으로 세워진 플랜지부를 갖고, 강성을 갖는 기재에 대하여 예비 구멍을 형성한 후, 상기 예비 구멍의 직경보다도 큰 직경을 갖는 동시에 선단부를 향하여 테이퍼형으로 된 제 1 펀치 부재를 사용하여, 상기 제 1 펀치 부재의 상기 테이퍼형의 부분에서 상기 예비 구멍의 가장자리부를 가압함으로써, 상기 가장자리부를 굴곡 처리하고, 또, 상기 제 1 펀치 부재의 직경보다도 작은 직경을 갖는 동시에 선단부를 향하여 테이퍼형을 이루는 제 2 펀치 부재로서, 상기 테이퍼형으로 된 부분에서의 상기 제 2 펀치 부재의 축선 방향에 대한 경사각 θ2가 상기 제 1 펀치 부재의 상기 테이퍼형으로 된 부분에서의 상기 제 1 펀치 부재의 축선 방향에 대한 경사각 θ1보다도 작은 제 2 펀치 부재를 사용하여, 상기 제 2 펀치 부재의 상기 테이퍼형의 부분에서 상기 굴곡 처리된 예비 구멍의 가장자리부를 가압하면서, 상기 제 2 펀치 부재를 상기 예비 구멍에 압입함으로써, 상기 플랜지부를 형성한 백업 링을 구비하는 것을 특징으로 한다.
1. 연료 분사 밸브 및 밀봉 구조
우선, 본 실시형태의 연료 분사 밸브의 밀봉 구조(30)를 도 5 내지 도 7에 기초하여 설명한다. 도 5는 연료 분사 밸브(1)의 단면도이고, 도 6은 연료 분사 밸브(1)에서의 밸브 몸체(6) 및 배압 제어부(7)의 주요부 확대 단면도로, 연료 분사 밸브(1)의 밀봉 구조(30)를 도시하고 있다. 또한, 도 7은 도 6의 I부 확대도를 도시하고 있다. 단, 각각의 도면 중, 동일한 부분에는 동일부호를 붙이고, 적절하게 설명을 생략한다.
도 5에 도시하는 바와 같이, 연료 분사 밸브(1)는 예를 들면, 인젝터 하우징(2)과 노즐 몸체(3)와 노즐 니들(4)과 밸브 피스톤(5)과 밸브 몸체(6)와 배압 제어부(7)와 커넥팅 로드(8)로 구성할 수 있다.
인젝터 하우징(2)은 그 선단부에 노즐 몸체(3)가 노즐 너트(9)에 의해 장착되고, 그 상방부에 커넥팅 로드(8)가 장착된다. 그리고, 연료탱크(10)로부터 연료펌프(11)에 의해 고압으로 압송되어, 코먼 레일(12; 축압기)에 축적된 고압연료가, 커넥팅 로드(8)로부터 연료 분사 밸브(1)에 공급된다. 즉, 커넥팅 로드(8)로부터 인젝터 하우징(2) 및 노즐 몸체(3)에 걸쳐 연료통로(13)가 형성되고, 노즐 니들(4)의 수압부(4A)에 대향하여 연료 축적실(14)이 형성된다. 또, 커넥팅 로드(8)로부터 연료통로(13)의 일부를 도 5 중 상방으로 늘림으로써, 배압 제어부(7)부분으로부터 연료 환류로(도시하지 않음)가 형성되고, 연료탱크(10)에 연료를 환류 가능하게 되어 있다.
또한, 노즐 몸체(3)는 그 선단부에 연료의 분사 구멍(16)을 임의의 수만큼 구비하고, 분사 구멍(16)에 연결되는 시트부(17)에 노즐 니들(4)의 선단부가 시트하여 분사 구멍(16)이 폐쇄된다. 그리고, 노즐 니들(4)이 시트부(17)로부터 리프트함으로써 분사 구멍(16)이 개방되어 연료가 분사 가능하게 되어 있다.
또한, 노즐 니들(4)의 상방부에는 노즐 니들(4)을 시트부(17)로의 시트 방향으로 가압하는 노즐 스프링(18)이 형성되고, 노즐 니들(4)에 일체의 밸브 피스톤(5)이 더욱 상방으로 연장되어 있다. 이 밸브 피스톤(5)은 인젝터 하우징(2)의 슬라이딩 구멍(2A) 및 밸브 몸체(6)의 슬라이딩 구멍(6A) 내에 슬라이딩 가능하게 삽입되어 있다.
또한, 도 6에 도시하는 바와 같이, 밸브 몸체(6)에서의 상방 중앙부에 제어압실(19)이 형성되고, 밸브 피스톤(5)의 선단부를 하방측으로부터 이 제어압실(19)을 향하게 하고 있다. 제어압실(19)은 밸브 몸체(6)에 형성한 도입측 오리피스(20)에 연통해 있다. 도입측 오리피스(20)는 밸브 몸체(6)와 인젝터 하우징(2)과의 사이에 형성한 압력 도입실(21)을 통해서 연료통로(13)에 연통시키고, 코먼 레일(12)로부터의 도입 압력을 제어압실(19)에 공급하고 있다. 압력 도입실(21)의 하단부에는 수지재, 고무재 또는 구리재 그 밖의 연질재에 의한 밀봉 부재(22)가 형성되어 있다.
제어압실(19)은 개폐용 오리피스(23)에도 연통시키고, 개폐용 오리피스(23)는 배압 제어부(7)의 밸브 볼(24)이 이것을 개폐 가능하게 하고 있다. 또, 제어압실(19)에서의 밸브 피스톤(5)의 정상부(5A)의 수압 면적은 노즐 니들(4)의 수압부(4A; 도 5)의 수압 면적보다 크게 되어 있다.
또한, 도 5에 도시하는 바와 같이, 배압 제어부(7)는 마그넷(25)과 밸브 스프링(26)과 아마츄어(27; armature)와 이 아마츄어(27)에 일체의 상기 밸브 볼(24)과 상술한 제어압실(19)을 갖는다. 마그넷(25)으로의 구동신호의 공급에 의해, 마그넷(25)은 밸브 스프링(26)의 가압력에 저항하여 아마츄어(27)를 흡인하여, 밸브 볼(24)을 개폐용 오리피스(23)로부터 리프트시켜, 제어압실(19)의 압력을 연료 환류로(도시하지 않음)측에 해방 가능하게 한다. 따라서, 밸브 볼(24)의 동작에 의해, 제어압실(19)의 압력을 제어하여, 밸브 피스톤(5)을 통해서 노즐 니들(4)의 배압을 제어하여, 노즐 니들(4)의 시트 및 리프트를 조작한다.
이러한 구성의 연료 분사 밸브(1)에 있어서, 코먼 레일(12)로부터의 고압연료는, 커넥팅 로드(8)로부터 연료통로(13)를 통해서 연료 축적실(14)에서의 노즐 니들(4)의 수압부(4A)에 공급되고, 압력 도입실(21) 및 도입측 오리피스(20)를 통해서 제어압실(19)에서의 밸브 피스톤(5)의 정상부(5A)에 공급된다. 따라서, 노즐 니들(4)은 밸브 피스톤(5)을 통해서 제어압실(19)의 배압을 받아, 노즐 스프링(18)의 가압력과 아울러, 노즐 몸체(3)의 시트부(17)에 시트하여, 분사 구멍(16)을 폐쇄하고 있다.
이러한 상태에 있어서, 마그넷(25)에 소정 타이밍으로 구동신호를 공급함으로써, 아마츄어(27)를 흡인하여, 밸브 볼(24)이 개폐용 오리피스(23)를 해방하면, 제어압실(19)의 고압이 개폐용 오리피스(23)를 통해서 연료 환류로(도시하지 않음)를 통과해 연료탱크(10)로 환류한다. 이와 같이 하면, 제어압실(19)에서의 밸브 피스톤(5)의 정상부(5A)에서 작용하고 있는 고압이 해방되어, 노즐 니들(4)은 수압부(4A)의 고압에 의해 노즐 스프링(18)의 가압력에 저항하여 시트부(17)로부터 리프트하여, 분사 구멍(16)을 해방하여 연료가 분사된다.
한편, 마그넷(25)을 소자(消磁)함으로써, 밸브 볼(24)이 개폐용 오리피스(23)를 폐쇄하면, 제어압실(19) 내의 압력이 밸브 피스톤(5)을 통해서 노즐 니들(4)을 그 시트위치[시트부(17)]에 시트시켜, 분사 구멍(16)을 폐쇄하여, 연료 분사를 종료시킨다.
여기에서, 압력 도입실(21)에서의 연료 압력은 분사 구멍(16)으로부터의 연료 분사량 및 분사 시기를 제어하는 제어압실(19)로의 입구부에 위치하게 되기 때문에, 분사압과 동등하고, 밀봉 부재(22)에는 분사 압력과 동등한 고압력이 가해지게 된다. 단, 도 6에 도시하는 바와 같이, 밸브 피스톤(5)과 밸브 몸체(6)와의 사이는 노즐 니들(4)과 일체 운동을 하는 밸브 피스톤(5)의 축 방향의 슬라이딩을 허용하는 클리어런스가 필요하다. 이 밸브 몸체(6)를 인젝터 하우징(2) 내로 압입하는 구조를 채용하면, 밸브 몸체(6)가 약간 안쪽으로 변형되어 밸브 피스톤(5)의 슬라이딩을 저해할 우려가 있기 때문에, 인젝터 하우징(2)과 밸브 몸체(6)와의 사이에도 약간의 클리어런스(28; 틈)가 형성되어 있다. 이 때문에, 본 발명의 연료 분사 밸브의 밀봉 구조(30)에서는 압력 도입실(21)의 바닥부에 배치되어 있는 밀봉 부재(22)의 하부측(저압부측)에서 틈(28)을 향하여 백업 링(31)를 형성하고 있다. 이것에 의해서, 밀봉 부재(22)가 압력 도입실(21)에서의 고압력에 의해, 인젝터 하우징(2)과 밸브 몸체(6)와의 사이의 틈(28; 저압측)에 그 일부가 압출될 것을 방지하고 있다.
이러한 구성의 연료 분사 밸브의 밀봉 구조(30)에 있어서는 백업 링(31)이 밀봉 부재(22)의 저압측부(틈(28)측)를 유지하여, 밀봉 부재(22)의 틈(28) 방향으로의 압출을 저지하는 스토퍼 기능을 갖고, 밀봉 부재(22)의 밀봉 기능을 길게 유지하여, 내구성 및 수명을 향상시킬 수 있다. 따라서, 인젝터 하우징(2)과 밸브 몸체(6)와의 사이의 틈(28)의 공차를 종래보다 거칠게 설계하는 것이 가능한 동시에, 밀봉 부재(22), 백업 링(31), 인젝터 하우징(2) 및 밸브 몸체(6) 등의 부품 정밀도 및 조립 정밀도도 엄격하게 할 필요가 없어져, 종래보다 저가로 제조할 수 있다.
2. 백업 링
다음에, 본 실시형태의 연료 분사 밸브의 밀봉 구조에 사용되는 백업 링에 관해서 상세하게 설명한다.
백업 링(31)은 도 7에 도시하는 바와 같이, 압력 도입실(21)에 있어서 밸브 몸체가 삽입되는 중앙의 개구부와, 상기 개구부의 주위에 배치되어, 인젝터 하우징(2)의 내벽 단부(2B)쪽에 있는 평판부(33)와, 개구부 및 평판부 사이에 배치되어, 평판부(33)와 연속해 있고 상기 평판부(33)에 대하여 직각에 직경 방향으로 연장되어 밸브 몸체(6)의 외주면(6B)쪽에 있는 플랜지부(32)로 이루어진다. 즉, 플랜지부(32)가 밸브 몸체(6)의 외주면(6B)에 접촉하여, 평판부(33)가 압력 도입실(21)에서의 인젝터 하우징(2)의 내주면[내벽 단부(2B)]에 접촉하여 밀봉 기능을 보조하고, 밀봉 부재(22)가 틈(28)측으로 압출되지 않도록 유지하고 있다.
여기에서, 본 실시형태의 연료 분사 밸브의 밀봉 구조(30)에 사용되는 백업 링(31)은 상술한 제 1 실시형태의 백업 링의 제조방법에 의해 제조된 백업 링(31)인 것을 특징으로 한다. 즉, 강성을 갖는 기재에 대하여 예비 구멍을 형성한 후, 예비 구멍의 직경보다도 큰 직경을 갖는 동시에 선단부를 향하여 테이퍼형으로 된 제 1 펀치 부재를 사용하여, 제 1 펀치 부재의 테이퍼형의 부분에서 예비 구멍의 가장자리부를 가압함으로써, 가장자리부를 굴곡 처리하고, 또, 제 1 펀치 부재의 직경보다도 작은 직경을 갖는 동시에 선단부를 향하여 테이퍼형을 이루는 제 2 펀치 부재로서, 테이퍼형으로 된 부분에서의 제 2 펀치 부재의 축선 방향에 대한 경사각 θ2가 제 1 펀치 부재의 테이퍼형으로 된 부분에서의 제 1 펀치 부재의 축선 방향에 대한 경사각 θ1보다도 작은 제 2 펀치 부재를 사용하여, 제 2 펀치 부재의 테이퍼형의 부분에서 굴곡 처리된 예비 구멍의 가장자리부를 가압하면서, 제 2 펀치 부재를 예비 구멍에 압입함으로써, 플랜지부를 형성한 백업 링이다.
따라서, 평판부(33)의 두께를 종래와 비교하여 두껍게 할 수 있고, 또 플랜지부(32)의 높이 및 두께가 모두 소정 이상 확보되어 있기 때문에, 강도가 우수한 백업 링(31)으로 되어 있다. 따라서, 코먼 레일 등으로부터 보내지는 연료의 압력이 높은 경우에도 파손되기 어렵고, 밀봉 부재(22)가 틈에 압출되지 않는다.
도 3a에 백업 링(31)의 사시도를, 도 3b에 백업 링(31)을 배면측에서 본 사시도를, 도 3c에 백업 링(31)의 평면도를 각각 도시한다. 또한, 도 4a에 백업 링(31)의 단면도를, 도 4b에 도 4a의 II부 확대 단면도를 각각 도시한다.
이들의 도면에 도시하는 바와 같이, 백업 링(31)은 플랜지부(32) 및 평판부(33)를 갖고, 평판부(33)로부터 플랜지부(32)에 걸쳐서 몇개소인가에(도시하는 예에서는 120도 간격으로 3개소) 직경 방향 홈(42)이 형성되어 있다. 특히, 도 3b에 도시하는 바와 같이, 직경 방향 홈(42)은 평판부(33)의 저면으로부터 곡면부(34)의 저면에 걸쳐서 이것을 형성하고, 플랜지부(32)의 상단부에는 밸브 몸체(6)의 외주면(6B)에 접촉하는 평면 접촉부(44)를 남기도록 하고 있다. 또한, 평판부(33)의 가장자리부에서도, 평탄부분을 남기도록 하고 있다. 또한, 평판부(33)의 외주부에는 직경 방향 홈(42)과 겹치지 않는 위치에, 원호형의 두께 방향 노치부(43)가 형성되어 있다.
이 백업 링(31)에 있어서, 직경 방향 홈(42)은 백업 링(31)를 압력 도입실(21) 내에 세트하였을 때 저압측의 틈(28)을 향하여, 연료가 틈(28) 방향으로 흐를 수 있을 만큼 최소한의 깊이 H1, 예를 들면 O.5mm 이하로 되어 있다. 두께 방향 노치부(43)는 밀봉 부재(22)를 넘어 저압측으로 누출된 연료를, 이 두께 방향 노치부(43)를 통해서 백업 링(31)의 저면측으로 스며들게 하여 직경 방향 홈(42)으로 흐르도록 하는 것으로, 그 직경 방향에서의 노치 길이 H2도, 필요 최소한의 것으로 되어 있다. 평면 접촉부(44)는 백업 링(31)과 밸브 몸체(6)의 접촉부로부터는 연료가 누출되지 않도록, 백업 링(31) 자체에 밀봉 기능을 갖게 하려고 하는 것으로, 필요한 축 방향 길이(플랜지부의 높이)가 확보되어 있다. 평탄부분(45)을 형성하여, 두께 방향 노치부(43)와 직경 방향 홈(42)을 겹치지 않도록 함으로써, 과도하게 연료가 흐르지 않도록 되어 있다.
예를 들면, 이 백업 링(31)은 평판부(33; 기재)의 두께(T1)를 t(mm)로 하였을 때에, 플랜지부(32)의 높이(H)가 1.5t 내지 2.5t(mm)의 범위 내, 플랜지부(32)의 두께(T2)가 O.7t 내지 O.9t(mm)의 범위 내의 값인 것이 적합하다. 이러한 백업 링(31)은 평판부(33)의 두께가 두꺼운 경우에도, 플랜지부(32)의 높이(H)를 비교적 높게, 또한, 플랜지부(32)의 두께(T2)를 비교적 두껍게 확보할 수 있기 때문에, 밀봉 부재의 보강 성능의 향상을 도모할 수 있다.
더욱 구체적으로는 본 발명의 백업 링(31)은 기재의 두께가 0.2 내지 0.4mm의 범위 내의 값이고, 플랜지부의 높이가 0.4 내지 0.6mm의 범위 내, 플랜지부의 두께가 0.15 내지 0.35mm의 범위 내의 값인 것이 바람직하다. 이러한 백업 링이면, 연료 분사 밸브의 내부 구조를 크게 변경하지 않고, 고강도를 가진 백업 링으로서, 연료 분사 밸브에 사용할 수 있다.
또, 백업 링(31)은 평판부(33)로부터 플랜지부(32)에 걸쳐서 곡면부(34)가 형성되기 때문에, 압력 도입실(21)의 고압으로 가압되어 백업 링(31)에 의해 탄성 변형된 밀봉 부재(22)가, 백업 링(31)의 플랜지부(32)를 밸브 몸체(6)의 외주면(6B)의 방향으로 가압하는 탄발력을 발생시키고, 또 밀봉 기능을 높일 수 있다.
또, 상술한 바와 같은 밀봉 구조(30)를 채용할 수 있기 때문에, 인젝터 하우징(2)과 밸브 몸체(6)와의 사이의 틈(28)의 클리어런스를 크게 하는 것이 가능해지고, 외력에 의해 인젝터 하우징(2)이 다소 변형되어도 그 변형의 영향이 밸브 몸체(6)에 미치기 어려워지고, 밸브 몸체(6)와 밸브 피스톤(5)와의 사이의 클리어런스가 설계대로 유지되어 밸브 피스톤(5)의 슬라이딩이 손상될 우려가 없어진다.
다음에, 도 8a 내지 8c에, 연료 분사 밸브의 밀봉 구조(30; 도 5 또는 도 6)의 조립이 정상으로 행하여진 경우의 밀봉 부재(22) 및 백업 링(31)부분의 오목부의 확대 단면도를 도시한다.
도 8a에 도시하는 바와 같이, 인젝터 하우징(2)의 내벽 단부(2B)에 백업 링(31)를 세트하고, 또 밀봉 부재(22)를 그 상측에 세트한 상태로, 밸브 몸체(6)를 중앙 상방으로부터 삽입한다. 이어서, 도 8b에 도시하는 바와 같이, 밸브 몸체(6)의 삽입 세트에 의해, 밸브 몸체(6)와 밀봉 부재(22) 및 백업 링(31)과의 사이의 마찰 작용으로, 백업 링(31)은 그 평판부(33)의 원주측부분이 내벽 단부(2B)로부터 떠오르도록 소성 변형된다. 이어서, 도 8c에 도시하는 바와 같이, 통상의 연료 분사 밸브(1)의 운전상태에서는 압력 도입실(21)에 고압연료가 충만하고, 그 압력으로 밀봉 부재(22) 및 백업 링(31)은 밸브 몸체(6)의 외주면(6B)측, 및 인젝터 하우징(2)의 내벽 단부(2B) 및 압력 도입실측 내벽면(2C)측에 가압되어, 그 밀봉 기능을 하는 세트상태로 유지된다.
이 세트상태에서는 백업 링(31)의 플랜지부(32)가 밸브 몸체(6)의 외주면(6B)에 접촉하고, 평판부(33)가 인젝터 하우징(2)의 내벽 단부(2B)에 접촉하고, 인젝터 하우징(2)의 압력 도입실측 내벽면(2C)과 평판부(33)의 단부와의 사이에는 약간의 공극부(37)가 두어져 있어, 연료 분사 밸브(1)의 통상 운전에는 전혀 지장은 없다.
이러한 구성의 연료 분사 밸브의 밀봉 구조(30)에 있어서, 고압측의 압력 도입실(21)과 저압측의 틈(28)은 밀봉 부재(22) 및 백업 링(31)에 의해 서로 밀봉되어 있지만, 압력 도입실(21)의 연료가 밀봉 부재(22)를 넘어 백업 링(31)측으로 약간 누출되는 것을 완벽하게 방지하는 것은 곤란하다. 그렇지만, 압력 도입실(21)로부터 누출되는 연료는 두께 방향 노치부(43) 및 직경 방향 홈(42)에 의해 틈(28)측으로 유출하는 것이 가능하고, 밀봉 부재(22)와 백업 링(31)과의 사이에 연료 축적부가 형성되지 않게 된다.
이와 같이, 백업 링(31)에 두께 방향 노치부(43) 및 직경 방향 홈(42)을 형성함으로써, 아주 약간씩 적극적으로 저압측으로 흐를 수 있는 백업 링(31)의 드레인 기능을 갖는 구성으로 하고 있다. 따라서, 밀봉 부재(22)의 밀봉 기능 및 백업 링(31)의 지지 기능을 안정적으로 수명을 길게 발휘할 수 있다.
Claims (9)
- 강성을 갖는 평판형의 기재(基材)(51)에 대하여 버링 가공법을 실시하여 제조되는 백업 링(31)으로서, 중앙의 개구부(39)와, 상기 개구부(39)의 주위에 배치된 평판부(33)와, 상기 개구부(39) 및 평판부(33) 사이에 배치되고, 상기 평판부(33)와 연속하는 동시에 상기 평판부(33)에 대하여 수직방향으로 세워진 플랜지부(32)를 갖고, 인젝터 하우징(2)과, 밸브 피스톤(5)을 슬라이딩 가능하게 삽입한 밸브 몸체(6)와의 사이에 형성되는 틈(28)으로부터 압력 도입실(21) 내의 고압 연료가 저압측으로 빠지지 않도록 밀봉하기 위해 상기 압력 도입실(21)에 형성되는 환상의 밀봉 부재(22)를 구비하여 이루어지는 연료 분사 밸브의 밀봉 구조(30)에 사용되고, 상기 틈(28)과 상기 밀봉 부재(22)와의 사이에 배치된 상기 밀봉 부재(22)를 보강하기 위한 백업 링(31)의 제조방법에 있어서,상기 기재(51)에 대해서 예비 구멍(prepared hole)(55)을 형성하는 공정과,상기 예비 구멍(55)의 직경보다도 큰 직경을 갖는 동시에 선단부를 향하여 테이퍼형으로 된 제 1 펀치 부재(59)를 사용하여, 상기 제 1 펀치 부재(59)의 상기 테이퍼형의 부분에서 상기 예비 구멍의 가장자리부(61)를 가압함으로써, 상기 가장자리부(61)를 굴곡 처리하는 공정과,상기 제 1 펀치 부재(59)의 직경보다도 작은 직경을 갖는 동시에 선단부를 향하여 테이퍼형을 이루는 제 2 펀치 부재(63)로서, 상기 테이퍼형으로 된 부분에 있어서의 상기 제 2 펀치 부재(63)의 축선 방향에 대한 경사각 θ2가 상기 제 1 펀치 부재(59)의 상기 테이퍼형으로 된 부분에 있어서의 상기 제 1 펀치 부재(59)의 축선 방향에 대한 경사각 θ1보다도 작은 제 2 펀치 부재(63)를 사용하여, 상기 제 2 펀치 부재(63)의 상기 테이퍼형의 부분에서 상기 굴곡 처리된 예비 구멍의 가장자리부(61)를 가압하면서, 상기 제 2 펀치 부재(63)를 상기 예비 구멍(55)에 압입함으로써, 상기 플랜지부(32)를 형성하는 공정을 순차적으로 행하는 것을 특징으로 하는 백업 링(31)의 제조방법.
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- 인젝터 하우징(2)과, 밸브 피스톤(5)을 슬라이딩 가능하게 삽입한 밸브 몸체(6)와의 사이에 형성되는 틈(28)으로부터 압력 도입실(21) 내의 고압 연료가 저압측으로 빠지지 않도록 밀봉하기 위해 상기 압력 도입실(21)에 형성되는 환상의 밀봉 부재(22)를 구비하여 이루어지는 연료 통로의 밀봉 구조(30)에 사용되고, 상기 틈(28)과 상기 밀봉 부재(22)와의 사이에 배치된 상기 밀봉 부재(22)를 보강하기 위한 백업 링(31)으로서,중앙의 개구부(39)와, 상기 개구부(39)의 주위에 배치된 평판부(33)와, 상기 개구부(39) 및 평판부(33) 사이에 배치되고, 상기 평판부(33)와 연속하는 동시에 상기 평판부(33)에 대하여 수직방향으로 세워진 플랜지부(32)를 갖고,강성을 갖는 기재(51)에 대하여 예비 구멍(51)을 형성한 후, 상기 예비 구멍(51)의 직경보다도 큰 직경을 갖는 동시에 선단부를 향하여 테이퍼형으로 된 제 1 펀치 부재(59)를 사용하여, 상기 제 1 펀치 부재(59)의 상기 테이퍼형의 부분에서 상기 예비 구멍의 가장자리부(61)를 가압함으로써, 상기 가장자리부(61)를 굴곡 처리하고, 또, 상기 제 1 펀치 부재(59)의 직경보다도 작은 직경을 갖는 동시에 선단부를 향하여 테이퍼형을 이루는 제 2 펀치 부재(63)로서, 상기 테이퍼형으로 된 부분에서의 상기 제 2 펀치 부재(63)의 축선 방향에 대한 경사각 θ2가 상기 제 1 펀치 부재(59)의 상기 테이퍼형으로 된 부분에서의 상기 제 1 펀치 부재(59)의 축선 방향에 대한 경사각 θ1보다도 작은 제 2 펀치 부재(63)를 사용하여, 상기 제 2 펀치 부재(63)의 상기 테이퍼형의 부분에서 상기 굴곡 처리된 예비 구멍의 가장자리부(61)를 가압하면서, 상기 제 2 펀치 부재(63)를 상기 예비 구멍(55)에 압입함으로써, 상기 플랜지부(32)를 형성한 것을 특징으로 하는 백업 링.
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- 인젝터 하우징(2)과, 밸브 피스톤(5)을 슬라이딩 가능하게 삽입한 밸브 몸체(6)와의 사이에 형성되는 틈(28)으로부터 압력 도입실(21) 내의 고압 연료가 저압측으로 빠지지 않도록 밀봉하기 위해 상기 압력 도입실(21)에 형성되는 환상의 밀봉 부재(22)를 구비하여 이루어지는 연료 분사 밸브의 밀봉 구조(30)에 있어서,상기 틈(28)과 상기 밀봉 부재(22)와의 사이에 상기 밀봉 부재(22)를 보강하기 위한 백업 링(31)이 있고,중앙의 개구부(39)와, 상기 개구부(39)의 주위에 배치된 평판부(33)와, 상기 개구부(39) 및 평판부(33) 사이에 배치되고, 상기 평판부(33)와 연속하는 동시에 상기 평판부(33)에 대하여 수직방향으로 세워진 플랜지부(32)를 갖고,강성을 갖는 기재(51)에 대하여 예비 구멍(51)을 형성한 후, 상기 예비 구멍(51)의 직경보다도 큰 직경을 갖는 동시에 선단부를 향하여 테이퍼형으로 된 제 1 펀치 부재(59)를 사용하여, 상기 제 1 펀치 부재(59)의 상기 테이퍼형의 부분에서 상기 예비 구멍의 가장자리부(61)를 가압함으로써, 상기 가장자리부(61)를 굴곡 처리하고, 또, 상기 제 1 펀치 부재(59)의 직경보다도 작은 직경을 갖는 동시에 선단부를 향하여 테이퍼형을 이루는 제 2 펀치 부재(63)로서, 상기 테이퍼형으로 된 부분에서의 상기 제 2 펀치 부재(63)의 축선 방향에 대한 경사각 θ2가 상기 제 1 펀치 부재(59)의 상기 테이퍼형으로 된 부분에서의 상기 제 1 펀치 부재(59)의 축선 방향에 대한 경사각 θ1보다도 작은 제 2 펀치 부재(63)를 사용하여, 상기 제 2 펀치 부재(63)의 상기 테이퍼형의 부분에서 상기 굴곡 처리된 예비 구멍의 가장자리부(61)를 가압하면서, 상기 제 2 펀치 부재(63)를 상기 예비 구멍(55)에 압입함으로써, 상기 플랜지부(32)를 형성한 백업 링(31)을 구비하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브의 밀봉 구조.
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